无线地下传感网信道传播实验虚拟仿真与可视化教学

为帮助学生更好地理解和掌握无线地下传感网信道传播特性,推导并建立一个融合土壤特性参数的改进地下无线信道传播模型,在该模型基础上开发无线地下传感网实验虚拟仿真系统。该仿真系统不仅解决实验环境受限、难以开展实验教学的问题,且具有易于理解和操作的特点,仿真结果以图形化和可视化的形式呈现。通过此系统,学生可直观地观察和比较不同参数影响下地下无线信道传播变化情况,深入理解地下无线信道的复杂传播特性,提高学生的学习效率,激发学生的学习兴趣,促进学生学习的主动性和积极性。

基于磁感应技术的地下传感网信道建模仿真

针对无线地下传感网(Wireless Underground Sensor Network,WUSN)电磁波通信中的信道高路径损耗、信道条件动态变化大和天线尺寸过大等问题,研究了磁感应线圈(Magnetic Induction,MI)在WUSN传输过程的信道特性影响,分析了谐变次偶源在土壤地层中的传输原理,通过传输等效电路图分析了土壤中线圈的极化方向与涡流损耗系数对信道模型的影响,考虑频率与距离的变化对信道特性的影响。通过选择有利于地下传输的器件,进行地下收发实验,对比实验所测得的结果与理论信道模型,分析并确定低频磁感应技术的系统理论模型与线圈在地下收发实验的结果是一致的。

采用波导技术的地下传感网通信信道建模

针对传统无线地下传感器网络中的磁感应通信系统所固有信道路径损耗较大,无法满足较远距离的通信需求的问题,构建了一种基于波导技术(Magnetic induction,MI)的磁感应通信系统信道模型。通过采用波导技术,即采用一列一定数量的磁耦合的元件,向收发线圈之间等距离引入一定数量的无源中继线圈,在每个谐振线圈中引入的匹配电容的容值都应控制在大于10 pF,同时设定继线圈之间的理想距离为0.7 m,采用电共振的方法,能够有效降低整个通信系统的信道路径损耗,同时也有效地拓展了磁感应通信信道带宽。仿真实验表明:MI波导通信系统在较低噪声功率环境下,当路径损耗小于100 dB时,路径损耗值将不会影响到信道误码率。

基于低频磁感应的地下无线传感网通信建模

针对低频磁感应技术条件下的谐变磁偶源在地下信道中的传输特殊性,研究了低频磁感应技术在土壤中传输的影响因素,并建立模型,基于各影响因素的变化对信道模型的影响从而确定磁感应强度的变化,在此基础上分析低频频率的变化引起路径损耗的变化趋势,建立信号传输过程中土壤各参数随距离的路径损耗变化。然后用仿真实验进行验证,利用地下发送线圈发送30 kHz信号,通过与接收线圈进行耦合,与建立的模型进行对比,验证了系统理论信道模型的可行性。